CC BY
590DOI 10.24411 /9999-008A-2020-10007 УДК 664.9.03
Кудряшов В.Л., старший научный сотрудник, кандидат технических наук Алексеев В.В., младший научный сотрудник Фурсова Н.А., зав. лабораторией
ВНИИПБТ - филиал «ФИЦ питания и биотехнологии» E-mail: [email protected]
НИЗИН и НАТАМИЦИН - эффективные пищевые микробиологические консерванты
Аннотация. Описаны химические и микробиологические свойства низина и натамицина. Приведены области их использования в пищевой промышленности по отраслям.
Даны дозировки введения.
Ключевые слова: низин, натамицин, области использования, дозировки введения.
Annotation. The chemical and microbiological properties of nisin and natamycin are described. The areas of their use in the food industry by industry are given.
Dosage administration is given.
Keywords: nisin, natamycin, areas of use, dosage of administration
Низин - C143H230N42O37S7 (Е234), молекулярная масса около 7000 - один из немногих бактериоцинов продуцируемый штаммами молочнокислых бактерий Lactococcus lactis. Он проявляет антимикробную активность в отношении широкого спектра грам-положительных бактерий и оказывается особенно эффективным против спор. Низин демонстрирует слабую активность или её полное отсутствие в отношении грамотрицательных бактерий, дрожжевых и плесневых грибков [1; 2].
Низин является полициклическим антибактериальным пептидом и относится к группе Iлантибиоти-ков. При производстве низина бактерии Lactococcus lactis культивируются на натуральных субстратах, таких как обезжиренное молоко или глюкоза. При использовании сыворотки выход низина в 2 раза меньше, чем при использовании молока. Но, добавление к сыворотке 25% пепсинового гидролизата молочнокислых бактерий, картофельной патоки или глюкозы (2,5...5%) способствует повышению выхода низина до 90%.
Описано несколько форм низинов (А, В, С, D, Е, Z, R, Q). В пищевой промышленности используется в основном низин А, коммерческий препарат этого консерванта состоит из 2,5% низина и более 50% хлорида натрия, остальные вещества - продукты
ферментации, которые включают белки и углеводы.
Низин подавляет рост термоустойчивых грам-положительных спорообразующих бактерий родов Bacillus, Clostridium, Mycobacterium tuberculosis, Lactobacillus, Corynebacterium, немногих видов Streptomyces, Micrococcus pyogenes, предотвращает возможные пищевые отравления, а также продлевает срок годности продукции. Он быстро разрушается в желудке ферментами до аминокислот. Низин не оказывает антимикробного действия на Escherichia coli, Salmonella typhi, Shigella, некоторые виды Neisseria.
Механизм действия низина на бактерии многие ученые объясняют по-разному. Исследования, проведенные с вегетативными клетками, показали, что его антимикробное действие обусловлено разрушением цитоплазматической мембраны, приводящим в большинстве случаев к лизису клетки. Низин инактивиру-ет сульфгидрильные группы в цитоплазматической мембране, являясь, таким образом, ингибитором как вегетативных клеток, так и спор. Он может ин-гибировать избыточный рост всех бактериальных спор, которые вызывают порчу пищевых продуктов, подвергнутых тепловой обработке. Это особенно касается наиболее теплостойких видов спор, которые могут вызывать порчу продуктов, подвергнутых тепловой обработке при высокой температуре и хранящихся впоследствии в помещениях с повышенными температурами.
Бактериальные споры, подвергнутые воздействию тепла, более чувствительны к низину, поэтому эффективность применения консерванта повышается в сочетании с умеренной тепловой обработкой (пастеризацией).
Использование низина при консервировании дает возможность снизить температуру и/или время термической обработки, сохраняя тем самым витамины, биологически активные вещества в продукте и его пищевую ценность, а именно сокращает потерю витамина С на 30...35 % и полностью сохраняет ß-каротин. Устойчивость низина в кислой среде позволяет проводить тепловую обработку продуктов без значительной потери активности консерванта. С точки зрения потребительских качеств сохранение натурального вида и вкуса продукта делает применение низина незаменимым при консервировании.
В 1969 году низин был одобрен Совместной Экспертной Комиссией ФАО/ВОЗ (FAO/WHO) по пищевым добавкам к использованию в качестве антимикробного для продуктов питания.
Низин продлевает срок годности продуктов, подверженных термической порче. Однако он не
67
эффективен против плесени, дрожжей и грамотри-цательных бактерий, поэтому его целесообразно использовать совместно с консервантами на основе сорбиновой кислоты. Низин представляет собой порошок кремового либо сероватого цвета. Он хорошо растворим в воде, термостабилен, не теряет своих свойств при рН=3,5...8,0.
В 1 г воды при рН=2 растворяется 4,8 х 106 МЕ, а при рН=5 - 1,6 х 106 МЕ чистого (40 х 106 МЕ/г) низина. МЕ - международная единица активности низина равняется его количеству в 0,001 мг эталонного препарата, хранящегося в Центральной ветеринарной лаборатории в г. Вейбридже (Англия).
В сухом виде низин сохраняется годами. Стабильность растворов тем выше, чем ниже значение рН. При рН=2 низин, не теряя активности, выдерживает температуру 120°С в течение 30 минут. При рН>4 в растворе он более или менее быстро расщепляется, особенно при нагревании. Низин чувствителен к действию протеолитических ферментов (трипсина, панкреатина), ферментов слюны и пищеварительных ферментов, но устойчив к сычужным [1; 2].
Область применения [1- 6].
Продукты на основе плавленого сыра имеет широкую номенклатуру, включая брикетированный сыр (влагосодержание 44.46%), нарезанный (влагосодержание 46.50%), пастообразный (влагосодержание 52.60%), ацидофильный, а также подливки и соусы (влагосодержание 56.65%). Все они подвергаются термообработке, содержат соли-эмульгаторы и рекомендуется низин.
Виды Clostridium часто связаны с бактериями, участвующими в порче плавленого сыра - C. sporogenes, C. butyricum и C. tyrobutyricum.
В обработанном плавленом сыре наличие низина оказывается эффективным для отсрочки или предотвращении роста и последующего образования токсинов, вызванного инокулированными спорами C. botulinum (типы А и В).
Другие пастеризованные молочные продукты. Срок годности шоколадного молока составляет 20 дней при температуре 7°С с низином. Он увеличивает
срок годности мороженого, сливочного карамельного десерта на 30 дней. В Великобритании, низин добавлялся в количестве 1 мг/л до начала пастеризации при 72°C /15сек, 90°C /10сек или 115°С/2сек, что в результате значительно увеличило срок годности молока при температуре 10°C.
Натуральный сыр изготавливается с низином необходимым для защиты от роста бактерий Clostridium, Staphylococcus aureus и Listeria monocytogenes.
Йогурт - получено увеличение срока годности при одновременном сохранении вкуса и предотвращения синерезиса в количестве 0,5.1,25 мг/кг.
Яйцепродукты.. Низин при 2,5.5 мг/л позволяет значительно увеличить срок годности и защитить от прорастания психродурических бактерий B. cereus и L. Monocytogenes.
Ароматизированные продукты. Добавление низина в белковую смесь в количестве > 3,75 мг/кг для предотвращения роста B. cereus уже получило разрешение надзорного органа в Австралии и Новой Зеландии.
Баночные консервы. Низин используется в низко кислотных овощных консервах для защиты от термофильных бактерий B.stearothermophilus и C. thermosaccharolyticum. Предварительное закисле-ние рассола лимонной кислотой повышает сопротивляемость его, минимально влияя на рН овощей после обработки. Примеры использования: консервированный горох, морковка, перец, картошка, грибы, окра, мини-кукуруза, спаржа и томаты.
Мясные продукты. Низин в составе или же погружение готовых сосисок в его раствор с концентрацией 50 мг/л увеличило их срок годности при температуре 6.12°C. Низин проявляет более сильную устойчивость к молочно-кислым бактериям в сосисках с пониженным содержанием жира, а также в сосисках, содержащих дифосфат, а не ортофосфат.
Морепродукты. Низин в копчёном лососе и осетровой икре является эффективным антилистериаль-ным средством, Содержание низина в сочетании с сокращённым процессом термообработки, который не вызывает порчу мяса омара, значительно эффек-
Таблица 1.
Примерная норма внесения низина в пищевые продукты
Область применения Примечания Норма внесения, мг/кг, или мг/л
Плавленый сыр Содержание влаги 150.200
Пастеризованное молоко 10.30
Молочные напитки с наполнителями Шоколадное молоко 10.100
Кисломолочные напитки Йогурт, сметана, кефир 10.50
Творожные кремы 10.100
Молочные десерты 50.150
Консервированные продукты Супы 100.200
Жидкие яйца Меланж 100.200
Мясные продукты Сосиски, колбасы, паштеты 50.250
Морепродукты Рыба 100.200
Соусы, заправки Майонез, кетчуп, дрессинги 50.200
Продукты живого брожения Пиво, квас 20..50
Продукты живого брожения Промывка дрожжей 1000.1500
Хлебопекарное производство Борьба с «картофельной болезнью» хлеба 100.150
тивнее уничтожает Listeria, чем термообработка или низин по отдельности. Промывка крабового мяса сокращает уровень L. monocytogenes.
Алкогольные и безалкогольные напитки. Кислотостойкая молочно-кислая бактерия вида Lactobacillus, Pediococcus и Leuconostoc может испортить пиво, вино или квас, а низин оказывается эффективным в предотвращении подобной порчи. На дрожжи он влияние не оказывает, а потому консервант может быть добавлен уже в процессе ферментации. Более того, низин может применяться в промывке задаточных дрожжей вместо обработки кислотой, цель которой - подавление молочно-кис-лых бактерий.
Хлебопекарная промышленность - позволяет избежать тягучей порчи ("картофельной болезни") хлеба [6].
Применение в кормопроизводстве. Известно, что низин применяется для лечения маститов у коров, а также является стимулятором роста животных. Так, телята и поросята на рационе с ним давали значительно больший (на 10 %) привес, оказались менее восприимчивыми к заболеваниям и лучше усваивали корм, чем контрольные животные. Следовательно, введение низина, по-видимому, целесообразно в ЗЦМ.
В лаборатории мембранных технологий (ЛМТ) ВНИИПБТ совместно с биологическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова отработана технология синтеза низина на отходах и вторичном сырье ферментных и различных пищевых предприятий, некоторые результаты которых представлены в табл. 2 [7].
Таблица 2.
Накопление низина культурой 1.1асй$ шт. 10 на отходах и вторичном сырье ферментных и пищевых предприятий
Питательный субстрат Накопление низина, % от контроля рН к.ж.
Обезжиренное молоко (контроль) 100 4,2
Сыворотка 76 (90) 4,5
Картофельный сок 63 (76) 5,0
Пермеат к. ж. В БиЬ^Нз 62 (76) 4,8
Пермеат к. ж. А. awamor¡ 70 (78) 4,8
Барда зерновая 65 (72) 4,8
Фугат к.ж. Б. Бегеуыае 65 (74) 4,8
Примечание: значения без скобок относятся к нативным питательным средам, а в скобках - после оптимизации их состава.
На других субстратах: картофельном соке, зерновой барде, пермеатах (фракция, прошедшая через мембрану) культуральных жидкостях (к. ж.) продуцентов амилолитических ферментов В виЫШв и А. /\wamori, полученных на УФ-мембранах и фугате пекарских дрожжей 5. вегеу1в1ае также получаются достаточно высокие результаты. При обогащении всех исследованных здесь субстратов глюкозой (от 0,5 до 1,5 %) уровень биосинтеза низина дополнительно повышается ещё на 10___12 %.
Разработанная в ЛМТ технология, включающая следующие стадии: биосинтеза, извлечения низина из клеток, двухступенчатого мембранного концентрирования с применением отечественных нано-фильтрационных мембран с последующей сушкой позволяет получать сухие препараты низина с активностью до 1 млн МЕ/г [7].
Медицинское применение. В последнее время начали изучать низин как средство при инфекционных заболеваниях, в том числе связанных с лекарственной резистенцией к патогенным микроорганизмам с респираторными инфекциями. Обнаружили противоопухолевый потенциал низина при лечении плоскоклеточной карциномы головы и шеи. В общей сложности ученые проверили низин на 30 разных типах рака, инфекциях кожи, респираторной системы, брюшной полости, ротовой полости. Как оказалось, низин, воздействуя на раковые клетки, снижает разрастание ткани, вызывая гибель клеток, замедляя и останавливая рост опухоли. Кроме того, он показал активность в отношении метициллин-резистентного золотистого стафилококка. Получены положительные результаты, подтверждающие возможность включения низина в этнотропную (казуальную) терапию. Следующим шагом ученых станет испытание низина в клинических условиях [8].
В статье [9] приводятся данные об эффективности лечения инфекционных заболеваний комбинацией антибиотиков и бактерицинов, прежде всего низина.
Такое сочетание синергидного или аддитивного действия лекарственных средств является рациональным для терапии заболеваний, вызванных антибиотикорезистентными штаммами микроорганизмов. Это свидетельствует о том, что микробные пептиды - бактериоцины - могут с успехом использованы для усиления действия традиционных антибиотиков. Что особенно важно, когда необходимо купировать инфекционный процесс, вызванный мульти или панрезистентными возбудителями, или когда повышение дозы антибиотика может вызвать опасный или нежелательный побочный эффект (аллергическая реакция, токсическое действие и др.).
Технологическая документация. К настоящему времени разработан ГОСТ Р 57646-2017. Продукция микробиологическая. ДОБАВКА ПИЩЕВАЯ НИЗИН. Технические условия, в соответствии с которым должен выпускаться и закупаться низин [10].
Для определения реального количества низина в продуктах питания с низким содержанием определя-
емого компонента можно рекомендовать методику изложенную в источнике [11].
Натамицин (Е235) C33H47NO13, - натуральный пищевой консервант, аналог препаратов Натамакс (Natamax) и Дельвоцид [12]. Его структуру составляют Натамицин (50% или 95% по весу) и лактоза.
Тип вещества. Натамицин представляет фунги-цидный противогрибковый препарат, синтезируемый бактериями Streptomyces natalensis и Streptomycts chatanoogen путем ферментации на углеводных средах. Он концентрируется, кристаллизуется, высушивается и смешивается с лактозой в соотношенни 1:1.
Натамицин продуцируется природными микроорганизмами, отсюда является натуральным консервантом [12].
Он активен по отношению большинства патогенных дрожжеподобных грибов (особенно Candida albicans), дрожжей (Torulopsis и Rhodotorula), а также других патогенных грибов (Aspergillus, Penicillium). Менее активен в отношении дерматофитов (Trichophyton, Microsporum, Epidermophyton).
Натамицин способен связывть стеролы в клеточной мембране и вызывать искривление и неправильную ее работу, поэтому происходит утечка важных метаболитов и клетка умирает.
Его применение не вызывает изменения питательной ценности, внешнего вида, вкуса и структуры пищи, не проникает внутрь колбас или сыра.
Натамицин не проявляет активности по отношению к полезным бактериям, не нарушается естественный процесс созревания сыров, в том числе, созревающих при участии поверхностной микрофлоры. Он не оказывает ингибирующего действия на бактерии играющие важную роль в мясной индустрии и сыроделии в качестве заквасочных культур.
Назамицин представляет собой порошок от белого до кремневого цвета с мягким органическим запахом, не имеющим вкуса. Его активность в 500 раз выше, чем у сорбиновой кислоты.
Безопасность и токсичность. Натамицин не токсичен для человеческого организма и при его применении не наблюдалось возникновения канцерогенов, мутагенеза или аллергических реакций. Он не адсорбируется в пищеварительном тракте. Нормальной устойчивости плесени и дрожжей к Нотамицину не наблюдалось.
Растворимость. Натамицин обладает очень низкой растворимостью в воде и немного более высокой растворимостью в этаноле. Он может рас-
творяться при низких концентрациях HCI, ледяной уксусной кислоты и демитилсульфоксида и т.п., но не растворим в большинстве органических растворителей. Растворимость Натамицина в воде составляет примерно 30 - 100 мг/л при комнатной температуре. Растворимость возрастает при pH > 9 или < 3, что приводит к ослаблению противогрибковой активности. Это говорит о том, что более высокие концентрации Натамицина образуют не прозрачный раствор, а белую, мутную суспензию своих кристаллов. При этом необходимо всегда перемешивать суспензию перед использованием.
Устойчивость. Нотамицин устойчив при комнатной температуре, устойчивость возрастает при низкой влажности. Его наибольшая активность при рН 3...9. Не допускается воздействие прямых солнечных лучей. Негативное воздействие предотвращается использованием антиоксидантов, например витамина С. Его следует хранить в таре из стекла, пластика или нержавеющей стали.
Область применения [12].
Сыры. Натамицин наносится на поверхность сыров. Подавляет образование плесени на поверхности и не оказывает воздействие на процесс созревания сыра. Существуют три метода применения Нотамицина:
- распыление суспензии в концентрации 0,05.0,28% на поверхность сыра;
- погружение соленого сыра в суспензию концентрацией 0,05.0,28% на 2.4 мин;
- добавление в оболочку 0,05% Натамицина.
(Примечание: Применение противоплеснего препарата позволяет повысить выход сыра до 20%, сократить трудозатраты на стадии созревания на 20.30% и улучшить товарный вид и качество).
Применение в рассолах. 30.50 г препарата на тонну рассола перед внесением перемешивают 15.20 мин. Такая доза подавляет рост дрожжей и плесеней.
Мясные продукты. Обработка поверхности сухих созревающих колбас, жареного на гриле мясо, жареной утки, сушеной рыбы Натамицином с концентрацией до 1.4 г/л и добавлением 8.10% NaCl эффективно подавляет плесени и дрожжи.
Применяется вымачивание оболочек колбасных изделий в свежей суспензии Натамицина -2 ч концентрацией 1.2 г/л.
Заправка для салата. Добавление Натамицина в концентрации 10 частей на миллион подавляет рост соответствующих микроорганизмов.
Соевый соус. Добавление Натамицина в концентрации 15 частей на миллион подавляет образование плесени.
Хлебобулочные изделия. Суспезия Натамицина в концентрации 100.500 частей на миллион на поверхность лепешек, волованов, обжаренного теста, парового хлеба предотвращает плесень и размножение дрожжей.
Производство напитков. Фруктовый, виноградный, апельсиновый, томатный, яблочный и др. соки с введением Натамицина в количестве 10.50 мг/л позволяют полностью исключить брожение.
Вино, пиво, натуральный уксус. Добавление Нотамицина в количестве 60.80 мг/л позволяет подавить плесень и размножение дрожжей.
Таблица 3.
Дозировка и методы внесения Натамицина
Применение Дозировка Метод внесения
Твердый сыр 2,5...4 г/л Обработка поверхности
Полутвердый сыр 1 г/л Прямое внесение в эмульсию
Мясные продукты 2,5.4 г/л Обработка поверхности
Йогурт, молоко, сливки 10.20 мг/кг Прямое внесение в смесь
Выпечка 2.5.4 г/л Обработка поверхности
Томатная паста (пюре) 15 мг/кг Прямое внесение при смешивании
Фруктовый сок 10.50 мг/л Прямое внесение
Вино 60.80 мг/л Остановка ферментации
Молочная промышленность. Йогурт, сливки, ацедофильное молоко в дозировке 10.20 мг/л позволяет подавить плесень, размножение дрожжей и продлить срок хранения.
Медицинское применение. Многообразие лекарственных форм создает возможность оптимизации терапевтической тактики при широком спектре грибковых заболеваний кожи и слизистых оболочек. Поэтому препараты натамицина широко применяются в гинекологии, дерматовенерологии, педиатрии, гастроэнтерологии, оториноларингологии и урологии [13].
Работа выполнена в рамках Программы Фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2019 - 2021 годы (тема № 0529-2019-0066).
Литература
1.
Низин (Е234) - натуральный пищевой консервант. https://www. food-specialist.ru.
Низин Е-234 - описание и фото продукции в каталоге. https:// www.milknet.ru.
Волкова Т.Н. Применение низина в пивоваренной промышленности // Пиво и напитки. - 2019. - № 4. - С. 20-25. Корж А.П.. Преимущества использования биоконсервантов в мясной отрасли // Мясная индустрия. - 2016. - № 5. - С. 40-43. Применение низина и натамицина при производстве молочной продукции. https://www. foodactive. prom.ua. Хлебопекарные улучшители. Консерванты. https://www. hlebinfo.ru. Кудряшов В.Л. Синтез биоконсерванта низина на отходах и вторичном сырье ряда биотехнологических производств // Биотехнология. - 1995. - №12. - С. 25-28.
Демина Т.Ю. Проблемы использования низина в качестве пищевой добавки // Матер. XVI Всерос. конг. нутрициологов и диетологов.
- М.: - ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии». - 2016. - Т.85.№2.
- С. 188.
Вальшев А.В. Комбинация антибиотиков и бактериоцинов - эффективный способ борьбы с резистентными микроорганизмами // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. - 2016.
- №4. - 5 с.
10. ГОСТ Р 57646-2017. Продукция микробиологическая. ДОБАВКА ПИЩЕВАЯ НИЗИН. Технические условия. - Стандартинформ. - 15 с. Курихина О.Н. Разработка методики определения низина в продуктах питания методом ВЭЖХ - УФ // Х1Х Междунар. науч.-практ. конф. им. Л.П. Кулева. 21-24 марта 2018. - Томск. - Из-во ТПУ. - С. 277-278.
12. Натамицин 50% и Низин. https://www. zaorespekt.ru.
13. Малова И.О. Натамицин-противогрибковое средство класса по-лиеновых макролидов с необычными свойствами // Вестник дерматологии и винерологии. - 2015. - №3. - С.161-184.
2.
3.
4.
5.
8.
9.
11
